LED節能燈的優勢和設計的構想

林桂文

（柳州市第二職業技術學校，廣西 柳州 545000）

1 LED介紹

1.1 LED發光原理和發展歷史

LED無論在結構上還是在發光原理上，都與傳統的白熾燈有著本質的不同。被用于照明的發光二極管主要是發出白光的二極管，由紅、黃、藍三種光“混合”后產生。二極管是電子線路中的常用元件，它由半導體PN結，加上電極引線和管殼制成，二極管具有單向導電性。發光二極管通常用砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵等半導體材料制成，它在通過正向電流時會發光。

產業照明技術在IT及BIO革命中起著舉足輕重的作用，LED是21世紀的新光，其應用及研究并迅速發展，韓國及東亞的LED技術領先于世界市場（占世界市場的70%） ，LED技術的巨大浪潮將是人類照明史的第二次革命，在未來五年，LED技術將邁向白熱燈，日光燈，鹵素燈的替代地位。2010年LED燈將占世界照明市場的16%。廣東LED路燈地方標準的出臺，將進一步促進我國半導體照明標準體系的建立，為地方的應用示范工作發揮重要作用，當前，在國家政策鼓勵和支持下，廣東正在通過開展“十城萬盞”、“千里十萬”等LED照明應用工程。

圖1 發光二極管結構

1.2 LED發光二極管優勢多

（1）環保燈具、無公害

傳統的燈中含有大量的水銀蒸汽，如果破碎水銀蒸汽對到大氣中有危害。但LED日光燈則不使用以上有害有毒的原理，對環境起到保護作用。LED日光燈公認為目前綠色照明。

（2）高效率、發熱少

傳統燈熱能大，LED燈具把電能全都轉換為光能，不會造成能源的浪費。

（3）清靜舒適、沒有噪音

LED燈具沒有噪音，對于使用精密電子儀器的場合為上佳之選，適合于圖書館，辦公室之類的場合。

（4）柔和光線、有利眼睛

傳統的日光燈會產生100～120次的頻閃。LED燈具是把交流電直接轉換為直流電，不會產生閃爍現象，保護眼睛。

（5）不產生紫外線

LED燈具不會產生紫外線，因此不會象傳統的燈具那樣，有很多蚊蟲圍繞在燈源旁。室內會變得更加干凈衛生整潔。

（6）電壓可調范圍大

傳統的日光燈是通過整流器釋放的高電壓來點亮的，當電壓降低時則無法點亮。而LED燈具在一定范圍的電壓之內都能點亮，還能調整光亮度。

（7）省能源、長壽命

LED日光燈的耗電量不到日光燈的三分之一，壽命比日光燈長10倍，可以長期使用而無需更換，減少人工費用，更適合于難于更換的場合。

（8）固牢可靠、使用年限長

LED燈體是環氧樹脂制作，更堅固牢靠，不會輕易損壞，比較放心使用。

2 LED節能照明電路設計

2.1 LED照明電路結構

該電路結構簡單，由30～40個LED燈串聯組成，也可以增加更多的LED燈串聯組成，亮度增加了，同時成本也會增加。

圖2 電路原理圖

圖2是LED燈矩的實用電路圖,使用220V電源供電，220V交流電經降壓電容降壓后經全橋整流再通過濾波后經限流電阻R3給串聯的40顆LED提供恒流電源。LED的額定電流為18mA上下，所以拋開傳統的燈杯安裝形式，采用杯矩的形式，方便熱量的散出。

2.2 LED節能燈元器件的選擇及作用

（1）LED要選用高亮度的白光二極管，電壓3.0～3.6v電流18mA上下。一般的LED的腳都很長的，為了方便焊接先用尖嘴鉗或斜口鉗預剪腳留有 2～3mm的引腳就可以了。以40顆LED為例，每顆燈的電壓為3V，總電壓為120V。

（2）R1是保護電阻，在電源進線中串聯一個300Ω2W～5W的電阻，一來保護電路(若萬一電路中有未查出的短路故障，有了電阻可避免故障擴大)，二來可測量電阻上的電壓以算出電路消耗的電流和功率。

（3）C1起到電容降壓的作用，他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為 70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產生功耗，應為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率，R2是電容C1的卸放電阻。在設計時降壓電容要采用耐壓在400V以上的滌綸電容或CBB電容。

（4）R3是限流電阻，防止電壓升高和溫度升高LED的電流增大，根據燈的數量，應選擇在5K左右。C2是濾波電容，開燈的瞬間因為C1的存在會有一個很大的充電電流，該電流將會對LED產生損傷,有了C2的介入，開燈的充電電流完全被 C2吸收起到了開燈防沖擊保護，濾波電容要用耐壓250v以上。

2.3 LED節能原理和維修方便

LED耗電計較小。以30支5mm的LED燈測試，一個小時耗電約3W，大約是25W白熾燈的十分之一，但亮度比白熾燈亮、壽命長。以LED燈每天點亮24小時算，可使用10年。

整個電路滿足恒流源，電源功耗和體積小，維修方便，如果電路中LED燈有短路現象，不會影響電路的照明，電路可以正常工作；如果LED燈是有開路，將其短路，電路照常可以使用。

2.4 LED節能燈電路的安裝及注意事項

（1）LED安裝和焊接

電路板安裝時要檢查是否有瑕疵，將電路板安裝面朝上，注意長腳是正極，短腳是負極，草帽型的帽沿有平面的是負極圓的一面的是正極，切勿裝反因為LED是單向導電性而此電路采用的是串聯電路，有一只裝反整組燈就不會亮。

裝好了LED后將電路板焊接面朝上就可以進行焊接了，焊接要用30W的烙鐵并接地線，焊接溫度控制在230℃內，時間在2秒內。焊好后再用指甲剪修掉長出的引腳，完成燈板的組裝。

圖3 LED節能燈外型結構

（2）供電安裝

組裝供電電路，供電的焊接更加簡單焊接成功如圖4，因為燈矩里空間有限，元件要做一下整理以減少體積方便安裝。

圖4 供電電路

（3）供電和燈板測試

圖5

電源的測試，使輸出電壓在220V左右的直流電。在測試燈板的過程中，按要求選出阻值大致相同的電阻串入電路，并且將電流表串入電路，測試電流為18mA上下,可以滿足要求，并注意在給電源做好絕緣。

（4）靜電注意事項

靜電很容易對LED造成損害，輕則光照度下降，重則造成LED短路，所以在接觸LED時一定要佩帶防靜電手環，使用的電烙鐵要防靜電，烙鐵一定要有接地線，最好使用防靜電臺墊。

3 結論

綜上所述，LED具有節能、高效、長壽命、綠色環保、無輻射等顯著特點，并且 LED節能燈安裝簡單，方便。LED光源是21世紀光源市場的希望，眾多優點預告其未來將逐步取代傳統光源，奧科委指出高亮度LED將是人類繼愛迪生發明白熾燈泡之后，最偉大的發明之一，當前全球能源危機的時候，能源是一種寶貴的資源，所以節約能源是未來面臨的問題。

很明顯，只要LED燈的成本隨led技術的不斷提高而降低。節能燈及白熾燈必然會被LED燈泡所取代。目前國家越來越重視照明節能及環保問題，已經在大力推行使用LED燈泡了。LED作為一種新型的節能、環保的綠色光源產品，必然是未來發展的趨勢。

[1]陳傳虞.電子節能燈與電子鎮流器的原理和制造[M].人民郵電出版社,2004:127.

[2]郭勇.節能燈PCB設計[M].機械工業出版社,2006:72.

[3]楊清德,楊蘭云. LED節能燈的檢測要點[M].電子工業出版社,2008:86.

[4]王振紅,張斯偉.電子節能燈電路原理圖設計[M].化學工業出版社,2008:53.

[5]毛學軍.LED應用技術[M].電子工業出版社,2010:68-72.